高中人教版 (2019)4 单摆优秀教学设计

这是一份高中人教版 (2019)4 单摆优秀教学设计，共12页。教案主要包含了单摆的回复力，单摆的周期等内容，欢迎下载使用。

备课人
学科
物理
课题
2.4 单摆
教学内容分析
在学习单摆之前，学生学习了简谐运动及其图像，简谐运动的振幅、周期、频率以及回复力和能量等内容，本节是简谐运动的应用实例。通过学习受力和运动情况均较为复杂的单摆，促进学生对简谐运动规律的进一步理解和应用，丰富学生的运动与相互作用观念。教材以“单摆的摆动是否为简谐运动？”作为问题启发学生思考，通过对单摆回复力的分析推导和“做一做”观察墨汁图样的实验，丰富了学生的学习经历和知识形成过程。通过对较为复杂的单摆的相关问题进行分析和推理，促进学生科学思维的发展。探究单摆周期与摆长的关系时，先用控制变量法定性研究，再用图像法处理数据获得定量结果，提升学生科学探究的能力。
本节教学的重点是对单摆运动规律和单摆周期公式的探究。单摆是简谐运动的典型模型之一，也是丰富学生运动与相互作用观的重要知识载体。本节的点在于对单摆回复力的判定以及对小角度的近似处理，虽然教材在必修模块已渗透极限思维，但大部分学生对小角度的近似处理缺少经验，还会存在学习障碍。
学情分析
(1)思维基础
学生已经初步有了探究事物的一般方法，即“是什么？—怎么样？—为什么？”的思维方法。依据新课程重视“过程与方法”的教学理念和高二学生由直观相识向逻辑推理、试验推理过渡阶段的相识特点，本设计中就通过创设问题情景，激励学生自己提出想要探讨的问题。
(2)心理特依据
中学生求异思维很活跃的特点，通过试验和多媒体手段满意学生渴望获得新学问的需求学生在剧烈爱好（名人事迹引入）的驱使下，利用已有学问进行新规律的探究，既有挑战性，也有成就感。
已有学问
学生对机械振动的初步了解。在上这节课之前，通过前几节内容的学习，学生知道了简谱振动的特点，通过生活中一种常见的模型—单摆，探究它的运动状况如何，从而萌发了学生接着探究的爱好。
学生学习本课可能遇到的困难和问题
正确的理论分析单摆的振动是否满意简谐运动的条件，通过试验定性定量分析单摆周期与摆长的关系，以及用单摆测量重力加速度时的试验方法和操作所带来的问题。
教学目标
1.知道单摆是一种理想化模型，理解单摆模型的条件，能将实际问题中的对象和过程转化为单摆模型。
2.能通过理论推导，判定单摆小角度振动时的运动特点。
3.在探究单摆的周期与摆长的定量关系时，能分析数据、发现规律、形成合理的结论，能用已有的物理知识解释相关现象。
4. 知道单摆周期与摆长、重力加速度的关系，能运用其解决相关实际问题。
教学重难点
1.教学重点：理解单摆振动回复力的来源及做简谐运动的条件．
2.教学难点：知道单摆周期的决定因素，掌握单摆的周期公式．
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
新课导入
提问：曾经有个广东人到瑞士旅游，看到摆钟很漂亮，就买了一个回家，但是回到广东之后发现摆钟计时不准了，而在瑞士买的时候是很准的。后来就打电话投诉，但经过鉴定摆钟的质量是没有问题的。那问题出现在哪里？
教师根据学生学生情况进行点拨，然后让学生观看钟表工作原理。
学生根据自己的所见所闻尝试回答问题，并与其他同学交流。
创设情境，引入新课
新课教学
一、单摆的回复力
（一）单摆
生活中你还能举出哪些类似的例子运动和钟摆相同？
提出问题：这些运动有属于哪类运动，要想研究该类运动规律，可以怎么处理？
让学生阅读课文，并总结动量的概念。
1.定义：如果细线的长度不可改变，细线的质量与小球相比可以忽略，球的直径与线的长度相比也可以忽略，这样的装置就叫作单摆。
2.组成单摆实验器材有什么具体要求？
实验时要尽量选择质量大、体积小的球和尽量细的线。
简化处理：与小球受到的重力及绳的拉力相比，空气等对它的阻力可以忽略。
3.单摆摆动时摆球在做振动，是不是简谐运动呢？想回答这个问题，我们先回答单摆摆动时摆球在做振动，是不是简谐运动呢？
方法一：如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即振动图像（x-t图像）是一条正弦曲线，这样的振动叫做简谐振动;
方法二：如果回复力与偏离平衡位置的位移大小成正比，这种振动叫简谐振动。
（二）单摆的图像
我们如何设计实验进行验证图像检验单摆运动是简谐运动？
如图，细线下悬挂一除去柱塞的注射器，其内装上墨汁。注射器摆动时，沿垂直摆动方向匀速拖动木板，观察注射器喷出的墨迹图像。
得到图像后，怎么验证单摆的振动图像是否为正弦函数图像？
第一步：假定图像为正弦曲线，测量振幅与周期，写出正弦函数表达式。
第二步：表达式计时开始位移为0，随后位移增加并为正；将每一个点的位移时间（测量值）数值代入表达式中，比较测量值与函数值是否相等，若可视相等，则为正弦曲线。
（三）单摆的回复力
思考：单摆平衡位置在哪？哪个力提供回复力？
（1）平衡位置：最低点O
（2）受力分析:如图
（3）回复力来源：重力沿切线方向的分力G2
法向： （向心力）
切向： Fx = G2 = mgsinθ
（回复力）
单摆的回复力为重力沿圆弧切向的分力：F回=mgsinθ
θ角很小时，用弧度制表示的θ与它的正弦值近似相等 sinθ≈θ
当θ很小时，x≈弧长= L•θ
F = mgsinθ
位移方向与回复力方向相反
，，
可见，在摆角很小（θ＜50）的情况下，单摆做简谐振动。
摆球运动到最低点O（平衡位置）时回复力是否为零？合力是否为零？
平衡位置：x=0， ，， 回复力为零
，合外力不为零
学生举例子并与其他同学交流。
学生思考并回答
先让学生阅读课文并解答问题。
学生思考答案并与其他同学交流。
学生设计实验，并与其他同学交流。
学生回答实验数据分析方法并与其他同学交流。
学生根据提示一步步分析得出单摆回复力规律
学生通过所学知识进行回答并交流。
帮助学生建立单摆概念
引导学生学会建立物理模型解决问题。
锻炼学生阅读归纳能力
引导学生层层递进学习。
引导学生设计实验，培养学生实验设计能力。
理清实验分析思路
引导学生学会用数学建模的方法逐步分析得出单摆回复力规律。
帮助学生建立完整的知识系统。
二、单摆的周期
（一）单摆的周期影响因素
提出问题：一条短绳系一个小球，它的振动周期较短；悬绳较长的秋千，周期较长；单摆的周期与哪些因素有关？
猜想：振幅、质量、摆长、重力加速度
实验方法:控制变量法
实验1：摆球质量相同，摆长L相同，观察周期T与振幅的关系？
结论：单摆的振动周期与其振幅无关(等时性)。
实验2：摆长L相同，振幅相同，观察周期T与摆球质量的关系？
结论：单摆的振动周期与摆球质量无关。
实验3：摆球质量相同，振幅相同，观察周期T与摆长L的关系？
结论：单摆的振动周期与其摆长有关。
实验：探究单摆的周期与摆长的关系
问题：刚才的实验表明了单摆的周期与摆长的定性关系，那么二者之间有什么定量关系呢？
【设计实验】请根据如下问题设计实验。
1.如果让你设计一个实验，你认为应该首先注意什么问题？
2.你认为如何测量摆长才较为准确？
3.你认为如何测量周期才较为准确？
4.在探究周期和摆长关系的过程中，你认为如何更加形象直观的反映二者关系？
待学生回答交流会，总结实验思路：
（1）实验器材的选择和实验条件控制
摆线要选择弹性小的轻质细线；
选择质量大、直径小的摆球；
振幅不要太大；竖直平面内摆动；实验中摆长不变
（2）摆长的测量
竖直悬挂测摆线长L，用游标卡尺测摆球直径d；
（3）累积法测周期
摆球通过平衡位置时开始（停止）计时
(4)实验步骤
（5）数据记录：
（4）数据处理方案
单摆周期
请同学们阅读课文，总结单摆周期规律：
1.惠更斯原理：单摆做简谐运动的周期跟摆长的平方根成正比，跟重力加速度的平方根成反比。
2.周期公式：
3.单摆周期跟振幅、摆球的质量无关
4.理解:
（1）单摆周期与摆长和重力加速度有关，与振幅和质量无关。
（2）摆长、重力加速度都一定时，周期和频率也一定，通常称为单摆的固有周期和固有频率。
（3）注意事项:
摆长L:悬点到球心的距离
适用条件:单摆做简谐运动θ<50
利用 单摆测重力加速度
等效摆长：
清楚下列图的摆长：
根据以前所学知识，结合本节单摆周期规律，你能解释新课引入中广东商人购买的摆钟问题出在哪里了吗？
提示：两地的重力加速度g不同。
教师拓展：
影响g的主要因素:
①g由单摆所在的空间位置决定。由 知，g随所在地球表面的位置和高度的变化而变化，高度越高，g的值就越小，另外，在不同星球上g也不同。
②g还由单摆系统的运动状态决定，如单摆处在向上加速的升降机中，设加速度为a，则重力加速度的等效值g′＝g＋a；若升降机加速下降，则重力加速度的等效值g′＝g－a。
学生按照老师引导设计实验探究。
学生根据实验提示设计出出验方案，并与其他同学交流。
学生对实验数据进行分析。
学生阅读课文并总结。
学生计算摆长
引导学生学会合理设计实验。
降低实验设计难度，引导学生正确设计实验。
提高实验数据分析的条理性。
培养学生阅读归纳能力
加深学生对摆长的理解。
课堂总结
板书设计
第4节单摆
作业设计
作业分为两块，一是课堂练习，旨在对本堂课学习中动量的概念和实验思路进行检测，一是分层练习，分层次的训练学生对知识的掌握情况。
教学反思与评价
物理教学首先是要正确的引导，让学生顺利跨上台阶，其次是要让学生建立一个良好的 物理知识基础，然后根据学生的具体情况选择提高。
第一、对教学目标的反思
首先，知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三类教学目标的全面落实。对基础知识的讲解要透彻，分析要细腻，否则直接导致学生的基础知识不扎实，并为以后的继续学 习埋下祸根。所以教师要科学地、系统地、合理地组织物理教学，正确认识学生地内部条件， 采用良好地教学方法，重视学生的观察、实验、思维等实践活动，实现知识与技能、过程和 方法、情感态度与价值观的三维一体的课堂教学。
其次，对重点、难点要把握准确。教学重点、难点是教学活动的依据，是教学活动中所 采取的教学方式方法的依据，也是教学活动的中心和方向。本节课的教学重点是知道什么是 单摆运动及探究单摆的周期公式。教学难点是用小角度近似法推导单摆的回复力。在教学目 标中一节课的教学重点、难点如果已经非常明确。 最后，对一些知识，教师不要自以为很容易，或者是满以为自己讲解的清晰到位，没有
随时观察学生的反映，从而一笔带过。但学生的认知是需要一个过程的，并不是马上就能接 受。例如，摆球做单摆运动的过程中重力沿圆弧切线的分力提供回复力，拉力和重力在法向 上的分力的合力提供向心力。所以我们要随时获取学生反馈的信息，调整教学方式和思路， 准确流畅地将知识传授给学生，达到共识。
第二、 对教学方法的反思
首先，面向全体学生，兼顾两头。班级授课是面向全体学生的，能照顾到绝大多数同学 的因“班”施教，课后还要因人施教，对学习能力强的同学要提优，对学习有困难的学生， 加强课后辅导。教师要特别注意不要让所谓的差生成为被“遗忘的角落”。
其次，注重学法指导。中学阶段形成物理概念，一是在大量的物理现象的基础上归纳、 总结出来的；其次是在已有的概念、规律的基础上通过演绎出来的。所以，在课堂教学中教 师应该改变以往那种讲解知识为主的传授者的角色，应努力成为一个善于倾听学生想法的聆 听者。而在教学过程中，要想改变以往那种以教师为中心的传统观念就必须加强学生在教学 这一师生双边活动中的主体参与。
再次，教学方式形式多样，恰当运用现代化的教学手段，提高教学效率。通过白板、投 影使学生对所学的知识更直观，更清晰。通过分组实验，学生通过亲自动手对所学的知识更加深刻更易理解。科技的发展，为新时代的教育提供了现代化的教学平台，为“一支粉笔， 一张嘴，一块黑板加墨水”的传统教学模式注入了新鲜的血液。在新形势下，教师也要对自 身提出更高的要求，提高教师的科学素养和教学技能，提高自己的计算机水平，特别是加强 一些常用教学软件的学习和使用是十分必要的。
最后，在教学过程中应有意向学生渗透物理学的常用研究方法。例如理想实验法、控制 变量法、转换法等。学生如果对物理问题的研究方法有了一定的了解，将对物理知识领会的 更加深刻，同时也学到了一些研究物理问题的思维方法，增强了学习物理的能力。